FR2627313A1 - Suspension and drive for computer hard discs - uses position control of magnetic bearings supporting rotor carrying discs, and has drive motor inside rotor - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de suspension et d'entrainement de disques de mémoire d'ordinateur. Device for suspending and driving computer memory discs.
La présente invention a pour objet un dispositif de suspension et d'entraînement de disques de mémoire d'ordinateur. The present invention relates to a device for suspending and driving computer memory disks.
Les disques durs de mémoire d'ordinateur sont habituellement disposés sur un mandrin monté sur un axe central à l'aide de roulements à billes et entrainé par un moteur électrique extérieur à l'aide d'un accouplement, par exemple par courroie. Computer memory hard disks are usually arranged on a mandrel mounted on a central axis using ball bearings and driven by an external electric motor using a coupling, for example by belt.
Outre l'encombrement relativement important dû à la présence d'un moteur électrique d'entraînement séparé du dispositif de suspension proprement dit, le montage classique des disques de mémoire d'ordinateur présente des inconvénients dans la mesure où la densité des pistes d'enregistrement des informations sur les disques reste par construction limitée du fait des erreurs de circularité aléatoires introduites lors de la rotation par les roulements à billes. In addition to the relatively large size due to the presence of an electric drive motor separate from the suspension device proper, the conventional mounting of computer memory discs has drawbacks insofar as the density of the recording tracks information on the discs remains by limited construction due to the random circularity errors introduced during rotation by the ball bearings.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre la réalisation d'un dispositif d'entraînement de disques de mémoire d'ordinateur qui soit compact, fiable, précis, adaptable à différentes natures de disque et permette une augmentation de la densité des informations stockées sur un disque. The present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to allow the production of a drive device for computer memory discs which is compact, reliable, precise, adaptable to different types of disc and allows an increase in the density of the information stored on a disc.
Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de suspension et d'entraînement de disques de mémoire d'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor en forme de cloche constituant un blindage magnétique et un support mécanique pour des disques durs de mémoire d'ordinateur fixés sur la face cylindrique externe du rotor et un mandrin central fixe supportant des roulements mécaniques de secours et les stators d'un premier et d'un second paliers magnétiques actifs radiaux, ainsi que le stator d'un moteur électrique disposé entre lesdits premier et second paliers magnétiques actifs radiaux, et en ce que le rotor en forme de cloche porte sur sa face cylindrique interne des armatures feuilletées constituant les armatures rotoriques dudit moteur électrique et desdits premier et second paliers magnétiques actifs radiaux. These objects are achieved by a device for suspending and driving computer memory disks, characterized in that it comprises a bell-shaped rotor constituting a magnetic shielding and a mechanical support for hard memory disks of computer fixed on the external cylindrical face of the rotor and a fixed central mandrel supporting mechanical emergency bearings and the stators of a first and a second active radial magnetic bearings, as well as the stator of an electric motor disposed between said first and second active radial magnetic bearings, and in that the bell-shaped rotor carries on its internal cylindrical face laminated armatures constituting the rotor armatures of said electric motor and of said first and second active radial magnetic bearings.
L'incorporation du moteur électrique d'entraînement à l'intérieur du rotor-cloche de support des disques permet de disposer d'un ensemble compact. Le blindage magnétique réalisé par le rotor-cloche garantit par ailleurs que les informations des disques mémoire ne seront pas affectées par des parasites provenant du moteur électrique ou de la suspension magnétique. La mise en oeuvre d'une suspension magnétique active assure par ailleurs une précision de rotation plus grande et surtout garantit que les défauts résiduels de rotation ne seront pas aléatoires, mais répétitifs, ce qui autorise l'installation de pistes d'enregistrement plus serrées sur les disques sans risque de chevauchement de ces pistes.Par suite, la densité des informations stockées sur les disques peut être accrue de façon significative, quelle que soit la nature du support du disque (par exemple disque magnétique ou à lecture optique). The incorporation of the electric drive motor inside the bell-rotor supporting the discs provides a compact assembly. The magnetic shielding produced by the bell rotor also guarantees that the information on the memory disks will not be affected by interference from the electric motor or the magnetic suspension. The use of an active magnetic suspension also ensures greater rotation precision and above all guarantees that residual rotation defects will not be random, but repetitive, which allows the installation of tighter recording tracks on discs without the risk of overlapping these tracks. As a result, the density of the information stored on the discs can be increased significantly, regardless of the nature of the disc medium (for example magnetic or optical disc).
Selon un premier mode de réalisation possible, le dispositif comprend au moins une butée axiale asservie à partir d'au moins un détecteur de la position axiale du rotor et les paliers magnétiques actifs radiaux sont asservis à partir d'au moins deux détecteurs de la position radiale du rotor. According to a first possible embodiment, the device comprises at least one axial stop controlled by at least one detector of the axial position of the rotor and the radial active magnetic bearings are controlled by at least two position detectors radial of the rotor.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 représente une vue en élévation avec demi-coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de support et d'entraînement de disques de mémoire d'ordinateur selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en élévation, à échelle réduite, de l'ensemble du dispositif de la figure 1, le boîtier extérieur ayant été ôté, et
- la figure 3 représente une vue en élévation avec demicoupe axiale d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of particular embodiments, given by way of examples, with reference to the appended drawings, in which
FIG. 1 represents an elevation view with axial half-section of a first embodiment of a device for supporting and driving computer memory disks according to the invention,
FIG. 2 is a diagrammatic elevation view, on a reduced scale, of the assembly of the device of FIG. 1, the external casing having been removed, and
- Figure 3 shows an elevational view with axial half-section of a second embodiment of a device according to the invention.
On voit sur la figure 1 un dispositif de support et d'en traînement en rotation de disques 31 de mémoire d'ordinateur, tels que par exemple des disques durs de type magnétique, lequel dispositif comprend un carter extérieur 13 de protection des disques, dont seule une moitié est représentée sur la partie en coupe de la figure 1. Le carter extérieur fixe 13 est lui-même monté sur un support central fixe 1. FIG. 1 shows a device for supporting and driving in rotation disks 31 of computer memory, such as for example hard disks of magnetic type, which device comprises an outer casing 13 for protecting the disks, of which only one half is shown in the sectional section of FIG. 1. The fixed outer casing 13 is itself mounted on a fixed central support 1.
Le support central fixe 1 supporte les stators 61, 62 et 71, 72 de deux paliers magnétiques radiaux 60, 70, ainsi que le stator 51, 52 d'un moteur électrique 50 d'entraînement en rotation d'un rotor 20 en forme de cloche. Le support central fixe 1 supporte en outre deux roulements à bille 14, 15 de secours qui ne jouent un rôle de support du rotor 20 que lorsque la suspension magnétique n'est pas en service ou subit une défailance. Le jeu des roulements 14, 15 est ainsi de l'ordre de la moitié de l'entrefer des paliers magnétiques 60, 70. The fixed central support 1 supports the stators 61, 62 and 71, 72 of two radial magnetic bearings 60, 70, as well as the stator 51, 52 of an electric motor 50 for driving in rotation a rotor 20 in the form of Bell. The fixed central support 1 also supports two emergency ball bearings 14, 15 which play a role of supporting the rotor 20 only when the magnetic suspension is not in service or undergoes a failure. The clearance of the bearings 14, 15 is thus of the order of half of the air gap of the magnetic bearings 60, 70.
Le rotor 20 en forme de cloche présente une face frontale 23 et une paroi latérale cylindrique sur la face extérieure 25 de laquelle sont montés les disques 31 de mémoire. La face interne de la paroi latérale cylindrique du rotor 20 porte les armatures rotoriques 63, 73 des paliers magnétiques radiaux 60, 70 ainsi que l'armature rotorique 53 du moteur électrique 50. Ces armatures rotoriques 63, 73, 53 ainsi que la carcasse 61, 71, 51 des stators des paliers 60, 70 et du moteur 50 sont réalisées en matériau ferromagnétique feuilleté. Sur la figure 1, les références 62, 72, 52 désignent les enroulements de stator des paliers magnétiques 60, 70 et du moteur électrique 50. The bell-shaped rotor 20 has a front face 23 and a cylindrical side wall on the external face 25 of which the memory disks 31 are mounted. The internal face of the cylindrical side wall of the rotor 20 carries the rotor frames 63, 73 of the radial magnetic bearings 60, 70 as well as the rotor frame 53 of the electric motor 50. These rotor frames 63, 73, 53 as well as the carcass 61 , 71, 51 of the stators of the bearings 60, 70 and of the motor 50 are made of laminated ferromagnetic material. In FIG. 1, the references 62, 72, 52 designate the stator windings of the magnetic bearings 60, 70 and of the electric motor 50.
On a représenté sur la figure 1 des paliers magnétiques actifs 60, 70 de type biconique, c'est à dire dont les faces délimitant les entrefers des deux paliers magnétiques 60, 70 sont inclinées par rapport à l'axe du rotor 20. Chacun des paliers magnétiques 60, 70 combine ainsi des actions radiales et axiales de sorte que le montage peut être compact et qu'il n'est pas nécessaire de disposer de butée axiale supplémentaire. FIG. 1 shows active magnetic bearings 60, 70 of biconical type, that is to say the faces delimiting the air gaps of the two magnetic bearings 60, 70 are inclined relative to the axis of the rotor 20. Each of the magnetic bearings 60, 70 thus combine radial and axial actions so that the assembly can be compact and it is not necessary to have an additional axial stop.
Chacun des paliers magnétiques actifs 60, 70 est asservi par des circuits électroniques qui reçoivent des informations de capteurs de déplacement 80, 90, 100 prévus pour mesurer les déplacements radiaux (capteurs 80, 90) ou axiaux (capteur 100) du rotor 20 par rapport au support central fixe 1, et adaptant en permanence l'intensité du courant appliqué aux enroulements 62, 72, des électro-aimants de stator des paliers magnétiques 60, 70 en vue de maintenir le rotor 20 dans une position de rotation stable, quels que soient les efforts mécaniques exercés. Les circuits d'asservissement des paliers magnétiques 60, 70 sont classiques et n'ont pas été représentés sur les dessins.Les lignes de liaison entre d'une part les capteurs 80, 90, 100 et les enroulements de stator 62, 72 des paliers magnétiques 60, 70 et d'autre part les circuits d'asservissement sont disposées dans le canal central Il pratiqué dans le support central 1 et dans la gaine 10 qui prolonge le canal Il et se termine par une borne 12 de raccordement aux circuits électroniques de commande qui peuvent ainsi être délocalisés par rapport au dispositif de support de disques. Les fils d'alimentation des enroulements de stator 52 du moteur 50 pouvant également être disposés dans le canal 11 et la gaine 10. Each of the active magnetic bearings 60, 70 is controlled by electronic circuits which receive information from displacement sensors 80, 90, 100 provided for measuring the radial (sensors 80, 90) or axial (sensor 100) displacements of the rotor 20 relative to to the fixed central support 1, and permanently adapting the intensity of the current applied to the windings 62, 72, of the stator electromagnets of the magnetic bearings 60, 70 in order to maintain the rotor 20 in a stable position of rotation, whatever be the mechanical forces exerted. The control circuits of the magnetic bearings 60, 70 are conventional and have not been shown in the drawings. The connection lines between on the one hand the sensors 80, 90, 100 and the stator windings 62, 72 of the bearings magnetic 60, 70 and on the other hand the servo circuits are arranged in the central channel II formed in the central support 1 and in the sheath 10 which extends the channel II and ends with a terminal 12 for connection to the electronic circuits of control which can thus be relocated in relation to the disc support device. The supply wires of the stator windings 52 of the motor 50 can also be arranged in the channel 11 and the sheath 10.
Les disques de mémoire d'ordinateur 31 munis d'une ouverture centrale sont engagés autour du rotor 20 et fixés sur celui-ci. Un épaulement 21 et une couronne amovible 22 venant se rapporter contre la face frontale 23 du rotor 20 en forme de cloche servent de butées pour les disques 31 lors de leur positionnement. The computer memory disks 31 provided with a central opening are engaged around the rotor 20 and fixed thereon. A shoulder 21 and a removable crown 22 coming to bear against the front face 23 of the bell-shaped rotor 20 serve as stops for the discs 31 during their positioning.
On a représenté de façon schématique un ensemble 40 de deux têtes de lecture 41, 42 positionnées de part et d'autre d'un disque 31. Ces têtes de lecture 41, 42 peuvent présenter une configuration tout à fait classique et la présence d'une suspension magnétique n'impose pas de modification dans la structure de ces têtes de lecture 41, 42. On notera toutefois que la mise en oeuvre d'une suspension magnétique non seulement permet d'augmenter la précision de la rotation du rotor 20 par rapport au support central fixe 1, mais encore garantit que les défauts de circularité résiduels lors de la rotation du rotor 20, dûs à des défauts de circularité des anneaux de référence 83, 93, 103 solidaires du rotor 20 et coopérant avec les détecteurs de position 80, 90, 100, sont répétés de façon rigoureusement identique à chaque rotation du rotor 20.Par suite, les pistes d'enregistrement des informations sur les disques 31 peuvent être très voisines les unes des autres sans risques de se chevaucher puisque à chaque tour effectué par le rotor 20, le trajet est rigoureusement identique, même s'il n'est pas parfaitement circulaire. La mise en oeuvre d'une suspension magnétique active permet ainsi d'augmenter la densité de stockage des informations sur chaque disque 31, sans apporter de perturbation si le disque est de type magnétique dans la mesure où le rotor 20 en forme de cloche réalise un blindage magnétique entre l'espace interne dans lequel sont situés les paliers magnétiques 60, 70, le moteur d'entraînement 50 et les détecteurs 80, 90, 100, et l'espace externe comprenant les disques 31 porteurs d'informations.Par ailleurs, la vitesse de rotation des disques peut être plus élevée qu'avec une suspension à roulements à billes de sorte que le temps d'accès aux informations peut être réduit de façon significative. There is shown schematically an assembly 40 of two read heads 41, 42 positioned on either side of a disc 31. These read heads 41, 42 may have a completely conventional configuration and the presence of a magnetic suspension does not impose any modification in the structure of these read heads 41, 42. It will however be noted that the use of a magnetic suspension not only makes it possible to increase the precision of the rotation of the rotor 20 relative to to the fixed central support 1, but also guarantees that the residual circularity defects during rotation of the rotor 20, due to circularity defects of the reference rings 83, 93, 103 integral with the rotor 20 and cooperating with the position detectors 80 , 90, 100, are repeated in exactly the same way with each rotation of the rotor 20. Consequently, the tracks for recording information on the discs 31 can be very close to one another without any risk of overlapping or isque at each turn made by the rotor 20, the path is strictly identical, even if it is not perfectly circular. The use of an active magnetic suspension thus makes it possible to increase the density of storage of the information on each disc 31, without bringing disturbance if the disc is of magnetic type insofar as the rotor 20 in the shape of a bell achieves a magnetic shielding between the internal space in which the magnetic bearings 60, 70 are located, the drive motor 50 and the detectors 80, 90, 100, and the external space comprising the discs 31 carrying information. the rotational speed of the discs can be higher than with a ball bearing suspension so that the information access time can be reduced significantly.
La figure 3 concerne une variante de réalisation du dispositif de support de disques selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, pour lequel les éléments similaires portent les mêmes numéros de référence que sur la figure 1, les'paliers magnétiques actifs 60, 70 sont de type cylindrique et non conique et exercent ainsi une action que dans le sens radial. Ces paliers radiaux 60, 70 ne sont donc asservis qu'à partir des signaux fournis par les détecteurs radiaux 80, 90, Dans le sens axial, deux butées magnétiques actives 65, 75 situées au niveau des faces frontales d'extrémité du rotor 20, assurent le positionnement du rotor 20, et donc des disques 31, à partir des informations fournies par le détecteur axial 100. Figure 3 relates to an alternative embodiment of the disk support device according to the invention. In this embodiment, for which the similar elements have the same reference numbers as in FIG. 1, the active magnetic bearings 60, 70 are of the cylindrical type and not conical and thus exert an action only in the radial direction. These radial bearings 60, 70 are therefore controlled only on the basis of the signals supplied by the radial detectors 80, 90. In the axial direction, two active magnetic stops 65, 75 situated at the end faces of the rotor 20, ensure the positioning of the rotor 20, and therefore of the discs 31, from the information provided by the axial detector 100.
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EP0541852A1 (en) * | 1991-11-14 | 1993-05-19 | Digital Equipment International Limited | Spindle and hub assembly |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0677368B2 (en) | 1994-09-28 |
FR2627313B1 (en) | 1994-08-05 |
JPH01271965A (en) | 1989-10-31 |
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